接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统及方法与流程

本申请涉及直流电流互感器检测技术领域，尤其涉及接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统及方法。

背景技术：

直流电流互感器是直流输电系统中的重要设备之一,对直流电流互感器进行安装前的型式试验、出场试验、交接试验及周期检测是保证直流输电系统安全运行不可缺少的工作；同时接地极电路是高压直流输电系统中的重要组成部分之一，当系统中出现双极直流不平衡运行或者短时单级运行时，流入接地极的电流可以通过大地返回，若在接地极附近有交流电网，则部分电流将通过交流电网的一端变压器接地点流入，再从交流电网的另一端变压器接地点流出，这样就会有直流电流流过变压器内部，从而引起变压器发生直流偏磁，既影响变压器本身的安全，也会影响电网的安全运行。所以为了提高电网的安全稳定性，接地极线路用直流电流互感器的宽频特性提出了更高的要求，其不仅要传变很小的直流电流，也要传变故障时的非平稳电流，同时也要在极线和大地运行下，正确传变额定电流，这就要求接地极线路用直流电流互感器在全量程下宽频传变特性性能要好。

接地极电路用直流电流互感器的宽频特性主要包括暂态阶跃特性和频率响应特性，其中国家标准《高压直流输电系统直流电流测量装置第1部分：电子式直流电流测量装置》中明确规定电子式直流电流测量装置的阶跃响应上升时间应小于400μs，现有的暂态阶跃特性检测设备是通过合成电流波形进行测试的，但是电流波形在合成时容易受到线路杂散电感、电容和磁场的感染，降低合成信号的品质，进而降低测试结果的准确性，所以亟需一种高精度和高准确度的接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统和方法。

技术实现要素：

本申请提供了接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统及方法，以提高宽频特性测试结果的精度和准确度。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请提供的接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统，包括直流暂态阶跃及高频源、直流电子式互感器校验系统及测试对象，其中：

所述测试对象包括直流互感器及合并单元；

所述直流暂态阶跃及高频源的一端与所述测试对象相连；

所述直流暂态阶跃及高频源的另一端经直流暂态前置单元与所述直流电子式互感器校验系统相连。

优选地，所述系统还包括暂态阶跃及高频信号源装置、直流暂态及高频源软件，其中：

所述直流暂态及高频源软件与所述暂态阶跃及高频信号源装置的一端相连；

所述暂态阶跃及高频信号源装置的另一端与所述暂态阶跃及高频源相连。

优选地，所述直流暂态及高频源软件通过以太网通讯接口连接到所述暂态阶跃及高频信号源装置。

本申请还提供了接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试方法，利用上述的宽频特性测试系统，所述方法包括：

根据直流暂态阶跃及高频源获取一次值暂态阶跃电流及高频电流信号；

将所述一次值暂态阶跃电流及高频电流信号发送至直流互感器及合并单元；

所述直流互感器及合并单元将所述一次值暂态阶跃电流及高频电流信号转换为数字量暂态阶跃电流及高频电流信号，并将所述数字量暂态阶跃电流及高频电流信号发送至直流电子式互感器校验系统；

根据直流暂态阶跃及高频源获取二次值暂态阶跃电流及高频电流信号；

将所述二次值暂态阶跃电流及高频电流信号经直流暂态前置单元发送至所述直流电子式互感器校验系统；

所述直流电子式互感器校验系统进行逻辑运算获得直流电流互感器的暂态阶跃特性和频率响应特性。

优选地，所述数字量暂态阶跃电流及高频电流信号包括阶跃幅值r、阶跃响应上升时间t、直流互感器的试品基波有效值、试品基波频率及试品基波相位。

优选地，所述直流电子式互感器校验系统进行逻辑运算获得直流电流互感器的暂态阶跃特性包括：

根据阶跃幅值r＝r1-r2获取阶跃幅值r，其中r1为阶跃信号的高状态值，r2为阶跃信号的低状态值；

根据阶跃响应上升时间t＝t1-t2获取阶跃响应上升时间t，其中t1为阶跃终止时刻，t2为阶跃起始时刻。

优选地，所述直流电子式互感器校验系统进行逻辑运算获得频率响应特性包括：

所述频率响应特性包括频差、比差和相位差；

根据频差＝试品基波频率-标准源基波频率获取所述频差；

根据比差＝(试品基波有效值-标准源基波有效值)/标准源基波有效值获取所述比差；

根据相位差＝试品基波相位-标准源基波相位获取相位差。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统及方法，其中测试系统包括直流暂态阶跃及高频源、直流电子式互感器校验系统及测试对象，测试对象包括直流电流互感器及合并单元；本申请提供了直流互感器的宽频特性的规范的测试系统及方法，可以通过直流互感器的宽频特性判断直流接地极线路发生故障时对故障电流传变的准确性；本申请中的测试系统可模拟不同的系统故障或异常工况，且实现数据源与测试接收数据的分离，保证采样过程的精确性，且可以减少噪声的干扰，因此本申请可以保证宽频特性测试结果的精度和准确度；以满足电网的可靠运行。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的直流互感器的工作原理示意图；

图2为本发明实施例提供的接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统的结构示意图；

图3为本申请提供的直流暂态阶跃及高频源的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

接地极电路是高压直流输电系统中的重要组成部分之一，当系统中出现双极直流不平衡运行或者短时单级运行时，流入接地极的电流可以通过大地返回，若在接地极附近有交流电网，则部分电流将通过交流电网的一端变压器接地点流入，再从交流电网的另一端变压器接地点流出，这样就会有直流电流流过变压器内部，从而引起变压器发生直流偏磁，既影响变压器本身的安全，也会影响电网的安全运行。所以为了提高电网的安全稳定性，接地极线路用直流电流互感器的宽频特性提出了更高的要求。

现有的暂态阶跃特性检测设备是通过合成电流波形进行测试的，但是电流波形在合成时容易受到线路杂散电感、电容和磁场的感染，降低合成信号的品质，进而降低测试结果的准确性，所以亟需高精度和高准确度的接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统和方法。

本申请提供的接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统，具体结构参考图2，图2为本发明实施例提供的接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统的结构示意图；如图所示包括直流暂态阶跃及高频源、直流电子式互感器校验系统及测试对象，其中：

所述测试对象包括直流互感器及合并单元；其中，直流电流互感器的工作原理具体参考图1，图1为本发明实施例提供的直流互感器的工作原理示意图。

所述直流暂态阶跃及高频源的一端与所述测试对象相连；

所述直流暂态阶跃及高频源的另一端经直流暂态前置单元与所述直流电子式互感器校验系统相连。

直流暂态阶跃及高频源是一套可以输出暂态阶跃及高频电流信号的系统，电流源输出精度高、稳定性好、响应时间快。具体结构参考图3，图3为本申请提供的直流暂态阶跃及高频源的结构示意图。

本申请以直流电流互感器及相应的合并单元作为测试对象，可以适用各种不同原理的直流电子式电流互感器负载；配合直流电子式互感器校验系统，可完整的测试直流电流互感器的暂态阶跃特性及频率响应特性。

所述系统还包括暂态阶跃及高频信号源装置、直流暂态及高频源软件，其中：

所述直流暂态及高频源软件与所述暂态阶跃及高频信号源装置的一端相连；

所述暂态阶跃及高频信号源装置的另一端与所述暂态阶跃及高频源相连。

其中，暂态阶跃源由上位机、信号发生系统、功率放大器以及回采四部分组成。

(1)上位机

上位机软件采用matlab可视化建模仿真软件，利用simulink模块搭建特高压直流与柔性直流换流站输电模型，设置不同的系统故障或异常工况，在不同测试点设置电流采样点，仿真步长不大于2us，可输出高采样率的实时仿真采样瞬时值数据。

(2)信号发生系统

信号发生系统主要完成将上位机仿真数据以小电压的方式发出，采用独立的fpga分别控制数据输出模块的dac芯片及信号回采模块的a/d芯片，实现数据源与测试接收数据分离，保证调节过程的精确性。

fpga处理器采用xilinx的spartan3系列产品xc3s1500，包含有150万个系统门，32个专用乘法器，4个数字时钟管理模块，逻辑资源丰富，运行速度快。fpga利用精确的时序控制能力，完成以太网的mac子层设计、mac子层与以太网控制器的接口设计，以太网数据接收，dac的控制，a/d数据采集，同时完成高速串行数据接收以及开关量接收。

模数转换芯片ad5764是一款高性能数模转换器。ad5764具有同步4通道，16位无失码分辨率，积分非线性误差为±1lsb，最高达1.26m的采样速率等优点。噪声低，建立时间为10μs。在较宽的工作电压范围内，保证具有额定性能。avdd电源电压范围为+11.4v至+16.5v，avss工作电压范围为-11.4v至-16.5v，标称满量程输出电压范围为±10v。

(3)功率放大器

线性功率放大器采用推挽式电路，最大输出电流可达600a，稳态输出精度优于0.2％。功率放大器以高精度功率模块配合大功率低干扰线性电源实现，输入端采用复杂平衡输入线路，减小功率放大器在电力系统强干扰环境下共模噪声影响，中间级使用超低零漂，超低温漂运放保证直流精度，输出级采用mos功率器件完成大电流转换，并设计多级热保护、过载保护保证系统安全。

(4)信号回采模块

信号回采模块由高精度分流器及a/d转换模块组成。由高精度分流器将直流暂态阶跃大电流转换为小电压信号，然后通过a/d转换模块对小电压信号进行数字化离散采集。

高精度分流器采用大功率高精度电阻实现，承载功率可达5kw，阻值选用10毫欧，其电阻精度优于0.2％。

a/d采集芯片采用ad公司18位ad7690芯片，该芯片是具备1.5lsbinl、400ksps指标的差分adc，其差分输入特性具有更强的抗干扰性能。

具体地，所述直流暂态及高频源软件通过以太网通讯接口连接到所述暂态阶跃及高频信号源装置。

本申请还提供了接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试方法，利用上述的接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统，所述方法包括：

根据直流暂态阶跃及高频源获取一次值暂态阶跃电流及高频电流信号；

将所述一次值暂态阶跃电流及高频电流信号发送至直流互感器及合并单元；

所述直流互感器及合并单元将所述一次值暂态阶跃电流及高频电流信号转换为数字量暂态阶跃电流及高频电流信号，并将所述数字量暂态阶跃电流及高频电流信号发送至直流电子式互感器校验系统；

根据直流暂态阶跃及高频源获取二次值暂态阶跃电流及高频电流信号；

将所述二次值暂态阶跃电流及高频电流信号经直流暂态前置单元发送至所述直流电子式互感器校验系统；

所述直流电子式互感器校验系统进行逻辑运算获得直流电流互感器的暂态阶跃特性和频率响应特性。

具体地，所述数字量暂态阶跃电流及高频电流信号包括阶跃幅值r、阶跃响应上升时间t、直流互感器的试品基波有效值、试品基波频率及试品基波相位。

进一步地，所述直流电子式互感器校验系统进行逻辑运算获得直流电流互感器的暂态阶跃特性包括：

根据阶跃幅值r＝r1-r2获取阶跃幅值r，其中r1为阶跃信号的高状态值，r2为阶跃信号的低状态值；

根据阶跃响应上升时间t＝t1-t2获取阶跃响应上升时间t，其中t1为阶跃终止时刻，t2为阶跃起始时刻。

进一步地，所述直流电子式互感器校验系统进行逻辑运算获得频率响应特性包括：

所述频率响应特性包括频差、比差和相位差；

根据频差＝试品基波频率-标准源基波频率获取所述频差；

根据比差＝(试品基波有效值-标准源基波有效值)/标准源基波有效值获取所述比差；

根据相位差＝试品基波相位-标准源基波相位获取相位差。

频率响应特性是将被测电流互感器的测试结果，包括基波频率、基波有效值、基波相位，分别与标准源的基波频率、基波有效值及基波相位进行比对，得到频差、比差及相位差。在互感器极性校核时，当标准源和试品的有效值不为零，且频率均在(-35，65)hz，如果互感器相位差在(-60，60)度时，判为正记性，在(120，240)度时，判为反极性，否则极性不明确。

本申请提供的接地极线路用直流电流互感器的宽频特性测试系统及方法，其中测试系统包括直流暂态阶跃及高频源、直流电子式互感器校验系统及测试对象，测试对象包括直流电流互感器及合并单元；本申请提供了直流互感器的宽频特性的规范的测试系统及方法，可以通过直流互感器的宽频特性判断直流接地极线路发生故障时对故障电流传变的准确性；本申请中的测试系统可模拟不同的系统故障或异常工况，且实现数据源与测试接收数据的分离，保证采样过程的精确性，且可以减少噪声的干扰，因此本申请可以保证宽频特性测试结果的精度和准确度。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。